DE8916062U1 - Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation - Google Patents
Post-Prozeß-Oberflächen-MeßstationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Post-Prozeß-Oberflachenmeßstation
für eine Maschine in Form einer Honmaschine, Bürsthonmaschine, Schleifmaschine, Bohr- oder Feinbohrmaschine oder Fräsmaschine
zur Messung der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche einer Bohrung eines Werkstücks.
Ein Meßgerät zur Bestimmung von Mikrorauhtiefen krummliniger
Oberflächen zylindrischer Körper ist in der CH-PS 439 770 beschrieben. Am Gerätegehäuse befestigte messerartige
Stellsegmentstücke dienen als Stelleinrichtung, auf der der Körper mit seiner zu prüfenden Oberfläche aufliegt. Ein
Induktionsgeber, dessen Nadel die zu vermessende Oberfläche durch einen Schlitz im Stellsegmentstück abtastet, ist
ebenfalls starr am Gerätegehäuse befestigt. Der zu prüfende Körper wird manuell über ein mechanisch-hydraulisches System
bewegt. Während dieser Bewegung tastet die Nadel die Oberfläche ab. Dieses Prinzip der Tastschnittmessung ist außerdem in der
Veröffentlichung "Prüfung der Oberflächenrauhheit mit Tastschnittgeräten11 (Autor: Dr.rer.nat.H. Wolff) in: Werkstatt
und Betrieb 109 (1976) 11, S. 667 bis 672 ausführlich dargestellt.
&ogr; ' - ■
Dieses Meßgerät ist nicht in der Lage, die heutzutage an moderne Meßstationen gestellten Anforderungen zu erfüllen. Die
an eine solche Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation zu stellenden
Forderungen lassen sich dahingehend zusammenfassen, daß in "prozeßnaher" Weise rechtzeitig Abweichungen von der
erwünschten Bearbeitungsqualität erkannt und kompensiert werden sollen. Dieses soll nicht durch individuelles Eingreifen von
Bedienungspersonen, sondern durch Erhöhung des Automatisierungsgrades der Bearbeitung, vorzugsweise im Takt
einer Transferstraße, erfolgen. So weit wie möglich sollen aufgrund der erfaßten Meßgrößen die Parameter der Bearbeitung
nachgeregelt werden; sofern dies nicht mehr möglich ist, soll der Fehler erkannt und angezeigt werden, so daß anderweitige
Maßnahmen (z.B. Werkzeugwechsel) getroffen werden können.
Derartige Maßnahmen werden in der Veröffentlichung
"Entwicklungstendenzen in der Koordinatenmeßtechnik" (Autor: Albert Weckenmann) in VDE-Z Bd. 127 (1985) Nr. 4, S. 117 bis
123 vorgeschlagen. Die Koordinatenmeßtechnik ist jedoch eine Technik zur Längenmessung mit Meßbereichen zwischen einigen
Zentimetern und mehreren Metern. Dies erlaubt wesentlich höhere Ungenauigkeiten bei der Messung und dementsprechend geringere
Anforderungen für die Abschirmung der Meßstation gegenüber den von der Werkzeugmaschine ausgehenden Erschütterungen. Die in
dieser Veröffentlichung hierzu vorgeschlagenen Maßnahmen sind
für die Oberflächenmessung im Bereich von 0,5 bis 30 Mikrometer
nicht brauchbar.
In der Veröffentlichung "Rauhheitssensor zur In-Prozeß- Messung
der Werkstuckrauhheit beim Honen" (Autoren: M.von See, P.
Maskus) in: Industrie-Anzeiger 100/1987, S.33/34 ist bereits der Vorschlag gemacht worden, die Rauhtiefe gehonter Werkstücke
einer Post-Prozeß-Messung zu unterwerfen. Einzelheiten des Aufbaus der Meßstation sind jedoch nicht angegeben. Beschrieben
wird lediglich ein Sensor, der aus einer an einer Blattfeder geführten Diamanttastspitze und einem damit verbundenen
Piezo-Biegestäbchen besteht. Ein solcher Sensor reagiert aber auch bei der angegebenen In-Prozeß-Messung, infolge des
verwendeten Schwingsystems für den Meßtaster, sehr empfindlich
auf Verunreinigungen, z.B. mit einem Ölfilm, auch wenn dieser sehr dünn ist. Im übrigen behandelt diese Veröffentlichung eine
kontinuierliche Messung während, jedoch nicht nach der Bearbeitung.
In der Veröffentlichung "Überwachung der Oberfläche in der
Schwinghebelfertigung mit optischem Rauhheitsmeßgerät"
(Autoren: R. Brodmann, G. Hübner, N. Rau, W. Staiger) in: Werkstatt und Betrieb, 11. Jahrgang, 1983, Heft 11, S.651-653
wird ebenfalls, jedoch nur sehr allgemein, eine Post-Prozeß-Oberflächen-Messungen diskutiert. Es geht dabei
jedoch hauptsächlich um die Ausbildung des Meßgerätes als solches.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine
Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation der eingangs genannten Art
zu schaffen, die in prozeßnaher Weise die Messung der Oberflächenrauhheit der Wandungen von Oberflächen in Bohrungen
nach der Bearbeitung durch Honen, Bürsthonen oder Schleifen, sowie die direkte Verwendung der Meßergebnisse für die
Regelung der Arbeitsparameter ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen definiert.
Mit der erfindungsgemäßen Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation
wird eine prozeßnahe Messung und Steuerung der Bearbeitungsparameter ermöglicht. Es hat sich herausgestellt,
daß das hauptsächliche zu überwindende Hindernis einer prozeßnahen Meßsteuerung darin bestand, die Meßeinrichtung von
den Schwingungen der Maschine freizuhalten. Dies erfolgt gemäß einem Merkmal der Erfindung durch die Anordnung der
Meßplattform der Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation auf Schwingungsdämpfern gemäß der Erfindung.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden anhand der beigefügten
Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Figur 2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile H-II in Fig.1;
Figur 3 eine Darstellung des Ablaufs der verschiedenen Verfahrensschritte;
Figur 4 ein Schema für die Auswertung der Meßergebnisse; Figur 5 einen der verwendeten Schwingungsdämpfer.
Figur 1 zeigt schematisch eine Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation
1. die u.a. eine Meßplattform 2 aufweist. Auf der
Stellfläche 2a der Meßplattform 2 steht ein Werkstück 3 (im Ausführungsbeispiel: ein Kurbelgehäuse). Mit der Meßplattform
2 fest verbunden ist ein Rahmen 4, der durch eine Stützrippe praktisch verwindungsfrei abgestützt ist. Im Innenraum des
Rahmens 4 ist eine Gewindespindel 6 gelagert. Diese kann von einem Schrittmotor 7 gedreht werden. Die Gewindespindel 6
durchsetzt den Führungsblock 8 eines Meßgeräteträgers 9, so daß bei Drehung der Gewindespindel 6 durch den Schrittmotor 7
der Meßgeräteträger 9 vertikal verschoben werden kann. Der Meßgeräteträger 9 ist an der (in Figur 1) linken Seitenfläche
des Rahmens 4 gleitend gelagert und als stabiler Winkel,
mittels der Rippe 10 versteift, ausgebildet. Auf dem
Meßgeräteträger 9 ist das eigentliche Oberflächenmeßgerät 11, dessen Bestandteil der Taster 12 ist, angeordnet. Ferner ist
auf dem Meßgeräteträger 9 der Abblaskopf 13 angeordnet. Der Abblaskopf 13 weist leicht schräg nach außen und nach unten
geneigte ringförmige Düsen auf. Er wird am Meßgeräte träger 9 mittels eines Rohres 14 gehalten. Das Rohr 14 dient auch dazu,
dem Abblaskopf 13 Druckluft zuzuführen, die über einen (nicht gezeigten) Anschluß mittels einer (nicht gezeigten)
Druckluftleitung an das obere Ende des Rohres 14 gelangt. Der
Abblaskopf 13 dient dazu, unmittelbar vor dem Meßvorgang, der die Rauhigkeit der Oberfläche mittels des Tasters 12 mißt, die
Oberfläche der Bohrung im Werkstück 3 so weit wie möglich von Kühl-/Schmierflüssigkeit, Spänen oder Schmutzteilchen zu
reinigen. In dem Oberflächenmeßgerät 11 sind auch entsprechende Einrichtungen vorgesehen, um den Taster 12
radial an die zu messende Oberfläche anzufahren. Von dem Oberflächenmeßgerät 11 geht eine Leitung zur Auswerteeinheit
15. Die Auswerteeinheit 15 ist über eine Leitung 15' mit der
Maschinensteuerung und über eine Leitung 15" mit einer Dokumentationseinrichtung (Speicher eines PC, Schreiber,
Drucker) verbunden.
Die Meßplattform 2 ist auf dem Maschinenbett 20 mittels pneumatisch geregelter Schwingungsdämpfer 21, 22 ... gelagert.
Es empfiehlt sich dabei eine pneumatische Einstellbarkeit der
Schwingungsdämpfer (siehe Fig.5), um der unterschiedlichen
Belastung der einzelnen Schwingungsdämpfer Rechnung tragen zu
können. Die Meßplattform 2 sollte arretierbar sein, so daß man sie während des Transports eines Werkstückes 3 von der
Stellfläche 30 der Maschine, auf der es (durch nicht gezeigte Bearbeitungseinrichtungen, z.B. Spindeln) bearbeitet wird, auf
die Stellfläche 2a arretieren kann. Die Arretierung ist dann also lediglich während des Meßvorganges freizugeben. Die
Dämpfung ist vorzugsweise als 3-Punkt-Auflage auszubilden. Sie muß so ausgelegt werden, daß die benachbarten und auf
demselben Maschinenbett 20 angeordneten Honspindeln selbst bei harter Umsteuerung und einer Hubgeschwindigkeit von bis zu 25
m/min ohne Beeinträchtigung einer gleichzeitig stattfindenden
Messung gefahren werden können. Diese schwingungsgedämpfte Lagerung ist von besonderer Bedeutung, da sie die Übertragung
von Schwingungen von Bearbeitungs-Stel1 fache 30 der Maschine
auf die Meßplattform 2 verhindert, so daß ein "prozeßnahes Messen" ermöglicht wird. Weitere Schwingungsdämpfer befinden
sich hinter den eingezeichneten Schwingungsdämpfern 21,22,
also hinter der Zeichenebene von Figur 1.
Die Anordnung der Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation bezüglich
einer Honmaschine ist derart, daß das Werkstück 3 von der Bearbeitungsstellfläche 30 der Honmaschine mittels am
Maschinenrahmen angeordneter Schwenkstangen 25, von der Stellfläche 30 auf der Honmaschine, wo sie bearbeitet werden,
auf den Stellbereich 2a der Meßplattform 2 geschoben werden können. Diese Verschiebebewegung erfolgt beim
Ausführungsbeispiel in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene (siehe Fig.2). Wichtig ist, daß die Meßplattform 2 direkt
keinen Kontakt mit der Stellfläche des Werkstücks auf der Maschine hat, um die Übertragung von Schwingungen zu
vermeiden. Die Trennung kann durch einen Spalt 31 gewährleistet sein (siehe Fig.2). Während des Meßvorgangs sind
die Schwenkstangen in die mit 25' bezeichnete Position
hochgeschwenkt, so daß auch sie keine Schwingungen auf das Werkstück 3 übertragen.
Für das Oberflächenmeßgerät 11 kommen grundsätzlich alle zur
Zeit zur Verfügung stehenden Oberflächenmeßverfahren in
Betracht, so u.a. eine pneumatische Oberflächenmessung, optoelektronische Tastverfahren, Messungen nach dem
Streulichtverfahren, oder mechanisch-elektronische Tastschnittverfahren. Sie sollten aber danach ausgewählt
werden, daß das Ergebnis durch Ölreste nicht verfälscht und die Streubreite der Meßergebnisse nicht zu groß wird. Im
vorliegenden Fall kommen vorzugsweise bekannte mechanisch-elektronische Tastschnitt-Meßgeräte in Betracht,
bei denen mit einer Diamantspitze das Oberflächenprofil
abgetastet und entsprechende elektrische Signale aus der Bewegung bzw. Lage des Tasters abgeleitet werden. Bei
abgedichteter Ausführung und höherer Anlagekraft ist dieses Meßverfahren auch für ölbenetzte Oberflächen geeignet
(Anpreßkraft ca. 4 mN). Mit diesen Meßgeräten sind die üblichen Maßzahlen für die Oberflächenrauhigkeit R2, Ra, Rmax/
tpi (Digitales Filter), Rk, RPn und RPk· (vgl. dazu im
einzelnen DIN 4762, 4768 Teil I1 4776 Entwurf 1985) meßbar.
Eine wesentliche Anforderung an eine derartige Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation,
die in dem Bearbeitungsvorgang bzw. die Bearbeitungsmaschine integriert sein soll, ist, daß die
Messung im Maschinentakt durchgeführt werden kann. Hierzu wurden die Minimum-Meßzeiten untersucht. Es ergaben sich
folgende Ergebnisse:
Für Rz = 0,5-10 : Cut off LC = 0,8 mm (Zuordnung nach DIN 4768)
Tastlänge LT = 5,6 mm
Tastgeschwindigkeit vtmax = 0,5 mm/s Meßzeit T = 11,2 s
Für Rz = 10-50 : Cut off LC = 2,5 mm
Tastlänge LT = 17,5 mm
Tastgeschwindigkeit vtmax = 0,5 mm/s
Meßzeit T = 35,0 s
Die Meßzeit beträgt also je nach zu prüfender Rauhigkeit 11,2 bzw. 35 s. Die Nebenzeiten zum Ein- und Ausfahren des Tasters
sind mit ca. 10 s in Rechnung zu stellen.
Figur 3 zeigt in einem Weg-Zeit-Diagramm schematisch den
Ablauf des Meßvorgangs. Wird der Meßgeräteträger 9 abwärts
gefahren, so läuft zunächst der Abblaskopf 13 in die Bohrung und beginnt, bei Erreichen der oberen Bohrungskante, Druckluft
gegen die Bohrungswand zu blasen ("Abblasen"). Sobald der Taster 12 in die Bohrungswand eingefahren wird, wird er nach
Erreichen der Meßposition radial gegen die Bohrungswand angelegt. Bei weiterem Vorschub vertikal nach unten erfolgt
das Messen der Oberflächenrauhigkeit. Während des Messens wird
die Druckluft des Abblaskopfes 13 abgeschaltet. Nach Beendigung des Meßvorganges fährt der Taster 12 zunächst
radial zurück. Nach kurzer Verzögerung beginnt das Ausfahren.
Figur 4 zeigt schematisch die Aufbereitung der bei der Messung anfallenden Signale. Bewegen sich die Meßwerte im Bereich 1,
der die zulässigen Toleranzgrenzen definiert, erfolgt keine Beeinflussung des laufenden Bearbeitungsverfahrens. Fallen die
Ergebnisse in den Bereich 2, so werden entsprechende Signale an die Steuerung weitergeleitet, so z.B. zur Veränderung des
Zustelldrucks des Werkzeuges an die Innenwand der zu bearbeitenden Bohrung, zur Steuerung der Bearbeitungszeit und
der Veränderung der Drehzahl des Werkzeugs. Dies sind die wichtigsten Parameter, durch deren Veränderung die Qualität
einer Bohrung im Bearbeitungsbereich der Maschine beeinflußt werden kann. Befindet sich der gemessene Wert im Bereich 3, so
ist davon auszugehen, daß ein Fehler vorliegt und ein Werkzeugwechsel oder z.B. eine Überprüfung der
Kühlmittelzufuhr erforderlich ist. Die Grenzen zwischen den
Bereichen 1/2/3 sind variabel, d.h. innerhalb der
Auswerteeinheit 15 programmierbar.
Figur 5 zeigt die Niveauregulierung eines Schwingungsdämpfers
21. Zwischen Maschinenbett 20 und Meßplattform 2 befindet sich ein Luftfederelmeent 32, das über Drosseln 33,34, ein
Zwischenvolumen 35, und ein Einlaßventil 36 von einer Druckluftquelle 37 gespeist wird. Die Druckminderung erfolgt
über Leitung 38 und Auslaßventil 39 in die Atmosphäre bei Auslaß 40. Die Regulierung erfolgt mittels eines Höhentasters
41, der je nach Lage einen der beiden Kontakte 42,43 berührt und damit entweder Einlaßventil 36 oder Auslaßventil 39
betätigt. Die Versorgungsspannung wird von der Batterie 50 geliefert. Die Arretierung kann durch entsprechend starkes
(pralles) Aufpumpen des Luftfederelementes 32 oder durch nicht
gezeigte) mechanische Einrichtungen erfolgen.
Die Meßplattform 2 ist, wie ersichtlich, praktisch als eine Art Trog mit gegenüber den Schwingungsdämpfern 21,22
vertiefter Stellfläche 2a ausgebildet, damit in der Ebene, in der die Schwingungsdämpfer 21,22 liegen, auch der Schwerpunkt
des Aufbaus auf der Meßplattform 2 liegt, so daß die Meßbewegung möglichst zu kleinen Drehmomenten um den
Masseschwerpunkt führt, um die Meßplattform richtig zu halten.
Claims (9)
1. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation für eine Maschine in
Form einer Honmaschine, Bürsthonmaschine, Schleifmaschine, Bohr-oder Feinbohrmaschine oder
Fräsmaschine, zur Messung der Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche einer Bohrung eines Werkstücks (3), bie der
(a) auf einem horizontal ausgerichteten Maschinenbett (20) der Maschine eine Meßplattform (2) in Ausrichtung mit der
Transportebene (30) der Maschine auf Schwingungsdämpfern (21,22) gelagert ist,
(b) die Meßplattform (2) eine Stellfläche (2a) für das Werkstück (3) aufweist,
(c) auf der Meßplattform (2) eine Stelleinrichtung (4) angeordnet ist, an der vertikal verschiebbar ein
Meßgeräteträger (9) angeordnet ist, der ein Oberflächenmeßgerät (11) trägt, dessen Taster (12) in die
Bohrung einfahrbar, radial an diese anlegbar und entlang der Bohrung an der Oberfläche führbar ist,
(d) und das Oberflächenmeßgerät (11) mit einer Auswerteeinheit
(15) verbunden ist, die so ausgebildet ist, daß aus vom Oberflächenmeßgerät (11) gemessenen Maßzahlen für die
Rauheit (R2, Ra, ...) Steuerungssignale zur Steuerung der
earbeitungsparameter der Maschine ableitbar sind und/oder ein Fehlersignal beim Überschreiten vorgegebener Bereiche
der Maßzahlen erzeugbar ist.
2. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfer (21,22) pneumatisch einstellbar sind.
3. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsdämpfer mit Arretiereinrichtungen versehen sind, die bei Betätigung
des Oberflächenmeßgerätes (11) entriegelbar sind.
4. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgeräteträger (9) mittels eines Schrittmotors (7) vertikal verschiebbar
ist.
5. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Meßgeräteträger (9) ein Abblaskopf (13) mit schräg nach
unten und außen gerichteten ringförmigen Düsen angeordnet ist.
6. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abblaskopf (13) in einem gewissen
tand unterhalb des Tasters 812) des Oberf lächenineßgerätes
(11) angeordnet ist.
7. Post-Prozeß Oberflächenmeßstation nach einem der Ansprüche
1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Oberflächenmeßgerät (11) ein Tastschnittmeßgerät
vorgesehen ist, bei dem eine Diamantspitze unter erhöhtem Meßdruck an der zu messenden Oberfläche anliegt.
8. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach einem der Ansprüche
2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellfläche (2a)
der Meßplattform (2) gegenüber einer durch die Schwingungsdämpfer (21,22) bestimmten Ebene tiefer liegend
angeordnet ist und der Massenschwerpunkt der Meßplattform 82) samt Stelleinrichtung (4) und Werkstück (3) in der
genannten Ebene liegt.
9. Post-Prozeß-Oberflächenmeßstation nach einem der Ansprüche
1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitungsparameter der Maschine Zustelldruck,
Bearbeitungszeit und/oder Drehzahl sind.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE8916062U DE8916062U1 (de) | 1989-12-23 | 1989-12-23 | Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19893942805 DE3942805A1 (de) | 1989-12-23 | 1989-12-23 | Post-prozess-messung |
| DE8916062U DE8916062U1 (de) | 1989-12-23 | 1989-12-23 | Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8916062U1 true DE8916062U1 (de) | 1993-05-27 |
Family
ID=25888453
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE8916062U Expired - Lifetime DE8916062U1 (de) | 1989-12-23 | 1989-12-23 | Post-Prozeß-Oberflächen-Meßstation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8916062U1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4322975A1 (de) * | 1993-07-09 | 1995-01-12 | Bernd Wuertele | Meßeinrichtung |
| DE4327288A1 (de) * | 1993-08-13 | 1995-02-16 | Siemens Ag | Längenprüfeinrichtung |
-
1989
- 1989-12-23 DE DE8916062U patent/DE8916062U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4322975A1 (de) * | 1993-07-09 | 1995-01-12 | Bernd Wuertele | Meßeinrichtung |
| DE4327288A1 (de) * | 1993-08-13 | 1995-02-16 | Siemens Ag | Längenprüfeinrichtung |
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